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論文

Measurements of neutronic characteristics of rectangular and cylindrical coupled hydrogen moderators

甲斐 哲也; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 大井 元貴; 広田 克也*; 鬼柳 善明*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(3), p.283 - 289, 2018/03

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

Extensive simulation calculations were performed in the design studies of the coupled hydrogen moderator for the pulsed spallation neutron source of the Japan Proton Accelerator Research Facility (J-PARC). It was indicated that a para-hydrogen moderator had an intensity-enhanced region at the fringe part, and that pulse shapes emitted from a cylindrical para-hydrogen moderator gave higher pulse-peak intensities with narrower pulse widths than those from a rectangular one without penalizing the time-integrated intensities. To validate the peculiar distribution and advantages in pulse shapes experimentally, some measurements were performed at the neutron source of the Hokkaido University electron linear accelerator facility. It was observed that the neutron intensity was enhanced at edges of the para-hydrogen moderators, whereas it decreased at the same part of the ortho-rich-hydrogen moderator, where the dimension of those moderators was 50 mm in thickness and 120 mm in width and height. The spatial distribution and pulse shapes were also measured for a cylindrical coupled para-hydrogen moderator that has the same dimensions as for the coupled moderator employed for J-PARC. The measured results from the cylindrical moderator were consistent with the results obtained in the design studies for the moderator for J-PARC.

論文

Experimental study on debris bed characteristics for the sedimentation behavior of solid particles used as simulant debris

Shamsuzzaman, M.*; 堀江 達郎*; 浮池 亮太*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 田上 浩孝; 鈴木 徹*; 飛田 吉春

Annals of Nuclear Energy, 111, p.474 - 486, 2018/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Nuclear Science & Technology)

Particle bed characteristics are experimentally investigated for the sedimentation and subsequent bed formation of solid particles, related to the coolability aspects in core-disruptive accidents. Presently a series of experiments with gravity driven discharge of solid particles into a quiescent water pool was performed to evaluate bed formation characteristic in the course of particle sedimentation. We evaluated the effects of the crucial factors: nozzle diameter, particle density, particle diameter and nozzle height on four key quantitative parameters of bed shape: mound dimple area, mound dimple volume, repose angle and mound height to illustrate the role of the crucial factors on forming the particle bed shape. The investigated crucial factors exhibit a significant role that diversifies the particle bed formation process. Based on the data obtained in the experimental observations, we developed an empirical correlation to compare the predicted results with the experimental bed heights. The proposed empirical correlation can reasonably demonstrate the general trend of the experimental bed height. This correlation could be useful to assess the particle bed elevation, and to identify the governing parameters.

論文

Sedimentation behavior of mixed solid particles

Sheikh, Md. A. R.*; Son, E.*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 松場 賢一; 神山 健司; 鈴木 徹*

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(6), p.623 - 633, 2018/01

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

高速炉の炉心損傷事故時に形成される燃料デブリの堆積高さは、燃料デブリの冷却性及び臨界特性に影響する重要な要因の一つである。本研究では、燃料デブリの堆積挙動に関する実験データベースを構築するため、燃料デブリを模擬した特性(粒子径,密度,球形度等)の異なる固体粒子(アルミナ,スティール)の混合粒子を水プール中へ落下・堆積させる実験を行い、粒子ベッドの堆積高さを測定するとともに、均質粒子及び混合粒子から成るデブリベッドの堆積高さを予測する実験相関式を構築した。構築した実験相関式は粒子ベッドの堆積高さの測定結果と良く一致することを確認した。

論文

Experimental database for bed formation behaviors of solid particles

Sheikh, M. A. R.*; Son, E.*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 松場 賢一; 神山 健司; 鈴木 徹

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2016/11

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故における再配置過程では、微粒化デブリによる堆積ベッド形成挙動がデブリベッド冷却による炉容器内事故終息の観点で重要である。本研究では、粒子堆積ベッド形成挙動に関する実験データベースを構築するため、微粒化デブリを模擬した固体粒子を円筒型の水プール中へ重力落下によって放出させ、粒子堆積ベッドの形状及び高さを測定する実験を行った。本実験では、材質及びサイズの異なる3種類(アルミナ,ジルコニア,スティール)の球形・非球形粒子を用い、これらのパラメータが粒子ベッドの堆積形状に及ぼす影響を調べるとともに、その結果に基づき粒子ベッドの堆積高さを予測する整理式を実験データベースとして開発した。開発した整理式は、本実験で把握された重要パラメータに対する堆積ベッド高さの変化傾向をよく再現しており、広範な適用性を有していることが示された。

論文

Experimental investigation on characteristics of mixed particle debris in sedimentation and bed formation behavior

Sheikh, M. A. R.*; Son, E.*; 神山 基紀*; 森岡 徹*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 松場 賢一; 神山 健司; 鈴木 徹

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-11) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2016/10

高速炉の炉心損傷事故時に形成される燃料デブリの落下・堆積挙動を明らかにするため、燃料デブリを模擬した特性の異なる固体粒子(アルミナ、スティール)の混合粒子を水プール中へ落下・堆積させる粒子ベッド形成実験を行い、堆積デブリベッドの形状に対する主要パラメータの影響を検討した。本研究により、燃料デブリの落下・堆積に関する数値モデル及びシミュレーションコードの検証に有効な実験データ及び知見が得られた。

論文

Energy resolution of pulsed neutron beam provided by the ANNRI beamline at the J-PARC/MLF

木野 幸一*; 古坂 道弘*; 平賀 富士夫*; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*; 古高 和禎; 後神 進史*; 原 かおる; 原田 秀郎; 原田 正英; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 736, p.66 - 74, 2014/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:9.29(Instruments & Instrumentation)

We studied the energy resolution of the pulsed neutron-beam of Accurate Neutron-Nucleus Reaction Measurement Instrument (ANNRI) at the Japan Proton Accelerator Research Complex/Materials and Life Science Experimental Facility (J-PARC/MLF). A simulation in the energy region from 0.7 meV to 1 MeV has been performed. Moreover, measurements have been done in the thermal and epithermal energies. The neutron energy resolution at ANNRI, which is determined by the time-of-flight technique, depends on the time structure of the neutron pulse. We obtained the neutron energy resolution as a function of the neutron energy by the simulation in the two operation modes of the neutron source: double and single bunch modes. In the double bunch mode, the resolution deteriorates above about 10 eV because the time structure of the neutron pulse splits into two peaks. The time structures at 13 energy points by measurements in the thermal energy region are in agreement with those of the simulation. In the epithermal energy region, the time structures at 17 energy points were obtained by measurements. The FWHM values of the time structures by the simulation and measurements are almost consistent. In the single bunch mode, the energy resolution is better than about 1% between 1 meV and 10 keV at the neutron source operation of 17.5 kW.

論文

Neutron resonance imaging of a Au-In-Cd alloy for the JSNS

大井 元貴; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 原田 正英; 前川 藤夫; 二川 正敏; 橋本 英子*; 瀬川 麻里子; 呉田 昌俊; Tremsin, A.*; et al.

Physics Procedia, 43, p.337 - 342, 2013/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:12.82

JSNSの新しいデカップラー材料として、Au-In-Cd合金が提案されている。本研究に先立ち、Au-In-Cd合金の製造を行い、予定通りの組成の合金製造に成功した。製造した合金組成は金74.9%、インジウム0.5%、カドミウム24.6%である。本研究では、中性子の共鳴吸収イメージングにより、製造した材料内の元素分布を測定し、各元素が合金内に均一に分布していることを確認する。カメラ型システムと、MCP検出器を用いることで、測定方法を検証する。結果として、中性子共鳴吸収を利用することで、合金内の元素を区別した透過画像を取得でき、元素分布が均一であることを確認した。

論文

Experimental studies of the effect of the ortho/para ratio on the neutronic performance of a liquid hydrogen moderator for a pulsed neutron source

大井 元貴; 小川 弘達*; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 659(1), p.61 - 68, 2011/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:39.29(Instruments & Instrumentation)

液体水素は、大強度核破砕中性子源における実用可能な冷減速材材料である。液体水素減速材の中性子特性は、オルソ・パラ比に依存している。本研究では、液体水素のオルソ・パラ比が中性子特性に与える影響について測定を行った。測定の結果、オルソ・パラ比によって、最大20%中性子強度が変化し、また、パラ水素濃度が高くなるに従い、パルスピーク強度は高く、パルス幅が狭くなることが実験により確認された。さらに、非結合型減速材においては、パラ水素濃度の増加に伴い、パルスの減衰も早くなることが明らかになった。

論文

Measurement of energy spectra and spatial distributions of neutron beams provided by the ANNRI beamline for capture cross-section measurements at the J-PARC/MLF

木野 幸一*; 古坂 道弘*; 平賀 富士夫*; 加美山 隆*; 鬼柳 善明*; 古高 和禎; 後神 進史*; 原田 秀郎; 原田 正英; 甲斐 哲也; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 626-627, p.58 - 66, 2011/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:5.33(Instruments & Instrumentation)

核データを高精度に測定するため、設計・製作したJ-PARC/MLF ANNRIビームラインにおける中性子ビームのエネルギースペクトルと空間分布を測定した。測定は、中性子エネルギーが1.5meVから10keVの領域にて行った。その結果、エネルギースペクトルは、パラ水素モデレータの典型的な特性を示し、絶対強度はシミュレーション計算及び中性子透過計算に基づく予測とほぼ一致した。17.5kW運転のもとで利用できる中性子の強度は、21.5mにおいて、1.5$$sim$$25meV, 0.9$$sim$$1.1eV, 0.9$$sim$$1.1keVのエネルギー領域で、それぞれ7.5$$times$$$$10^5$$, 1.6$$times$$$$10^4$$, 1.1$$times$$$$10^5$$n/cm$$^2$$/secであった。3つの異なるコリメーターで整形されたビーム空間分布は、ビームラインのコリメーターシステムの設計から期待されるものと一致した。ビームのFWHMは、3つの異なるコリメーターで、それぞれ約29, 14, 11mmであった。空間分布の縁は比較的シャープであり、核データ測定に適した形状である。

論文

First neutron production utilizing J-PARC pulsed spallation neutron source JSNS and neutronic performance demonstrated

前川 藤夫; 原田 正英; 及川 健一; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 明午 伸一郎; 大井 元貴; 坂元 眞一; 高田 弘; 二川 正敏; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 620(2-3), p.159 - 165, 2010/08

 被引用回数:46 パーセンタイル:2.69(Instruments & Instrumentation)

J-PARCの1MWパルス核破砕中性子源JSNSは、2008年5月30日、運転開始に成功した。以来、JSNSのモデレータ設計と中性子性能の優れた特徴を実証するため、幾つかの中性子実験装置において、中性子スペクトル強度,絶対中性子束,中性子パルス形状の時間構造等の測定を行ってきた。モデレータ設計の期待どおり、エネルギースペクトルの測定値にはパラ水素の特徴が明瞭に示された。0.4eV以下の中性子束測定値は設計値と$$pm$$20%で一致したことから、JSNS設計計算の信頼性が示された。モデレータと中性子実験装置の適切な設計により、世界クラスの高分解能回折データ取得に成功した。さらに、大型円筒形の結合型モデレータの優れた設計により、世界クラスの高強度中性子束を提供可能であることが示された。

論文

Distinctive features in neutronic performance of JSNS

前川 藤夫; 及川 健一; 原田 正英; 勅使河原 誠; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 大井 元貴; 二川 正敏; 渡辺 昇*; et al.

Proceedings of 19th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2010/07

JSNSの中性子性能の確認を行った。おもにNOBORU装置を、そして必要に応じて他装置も使用し、以下を確認した。(1)測定したスペクトル形状から判断し、水素モデレータ中のパラ水素割合が予測どおりほぼ1であった。これは、水素循環系に変換触媒を導入したことによる。(2)絶対スペクトル強度とパルス形状は、シミュレーション計算値とよく一致した。粉末回折装置SuperHRPDにおいて、世界最高分解能である0.035%を確認した。(4)チョッパー装置である四季において、1MW出力換算で3$$times$$10$$^{9}$$n/s/cm$$^{2}$$の中性子束を観測した。これは既存の核破砕中性子源では世界最高であり、時間平均強度においても強力な原子炉中性子源の値と肩を並べるものである。

口頭

J-PARC型結合型モデレータの中性子特性の測定

甲斐 哲也; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 広田 克也*; 大井 元貴; 前川 藤夫; 加藤 崇; 鬼柳 善明*

no journal, , 

北大電子ライナックを用いて、J-PARCと同寸法の結合型パラ水素モデレータについて、中性子強度の空間分布とパルス形状を測定した。設計計算によると、モデレータ表面上における冷$$cdot$$熱中性子強度の空間分布は、垂直方向では、プリモデレータに近い上下端部で強度が大きくなり、中央へ向かって減少する。また、水平方向では平坦な分布となる。実験では、カドミウム板に設けたピンホールを通して、2次元位置敏感型検出器を用いてモデレータからの中性子を観測することにより、モデレータ表面上の冷$$cdot$$熱中性子強度の空間分布を測定した。得られた結果から、設計計算は実験と矛盾していないことがわかった。パルス特性は、マイカ結晶によってブラッグ反射された中性子を検出することによって測定した。比較の結果、実験データは計算の結果を支持するものであった。以上の結果より、J-PARC結合型モデレータの設計が妥当であると判断できる。

口頭

Pulse neutron imaging experiments in the first year of J-PARC

甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 酒井 健二; 前川 藤夫; 大井 元貴; 篠原 武尚; 相澤 一也; 高田 慎一; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

J-PARCに設置された中性子源特性試験装置(NOBORU)を用いたパルス中性子によるイメージング技術の開発が2008年12月より始まった。最初の3か月における結果,将来の研究計画、及びJ-PARCでの新しいイメージング装置についての議論を紹介する。

口頭

J-PARCにおけるパルス中性子イメージング技術の開発

篠原 武尚; 高田 慎一; 相澤 一也; 鈴木 淳市; 甲斐 哲也; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 酒井 健二; 大井 元貴; et al.

no journal, , 

中性子を用いたイメージング法は、中性子の特徴である高い物質透過性能及び軽元素に対する感度の高さを利用した撮像法である。これまでの中性子イメージング法では、多くの場合、物質での吸収による強度変化を得るものであるが、中性子と物質との相互作用には多くの場合エネルギー依存性が存在するため、物質透過現象は本来エネルギーに依存する。また、吸収のみならず、散乱に伴う運動量変化や位相変化,中性子スピン状態の変化などを積極的に活用することにより、高度な中性子イメージング法を開発する余地がある。このとき、パルス中性子を用いた飛行時間分析型のイメージングを導入することにより、エネルギー依存の情報を効率よく取得することが可能となる。そこで、本研究では、大強度パルス中性子を利用することが可能なJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)においてパルス中性子イメージング実験を開始し、エネルギー選別型の新しい中性子イメージング法の開発に取り組んでいる。発表では、MLFのBL10ビームラインにおいて、これまでに行ってきた実験結果について報告するとともに、今後の研究開発の展開について述べる。

口頭

Recent developments of RITS code for Bragg edge imaging

佐藤 博隆; 篠原 武尚; 鬼柳 亮嗣; 相澤 一也; 大井 元貴; 原田 正英; 及川 健一; 前川 藤夫; 岩瀬 謙二*; 加美山 隆*; et al.

no journal, , 

パルス中性子源を利用したブラッグエッジイメージングは、高い空間分解能で広い範囲に渡ってバルク材料の結晶組織構造情報を一挙に与えることができるため、工学材料研究のための新しいツールとして期待されている。2次元位置敏感型検出器の各ピクセルで得られるブラッグエッジ透過スペクトルからそのような情報を定量的に推定するために、ブラッグエッジパターンを詳細に解析することは必要不可欠である。そのため、総合スペクトル解析コード「RITS」を開発し、結晶格子ひずみのみならず集合組織(選択配向)や結晶子サイズの定量的なイメージングを実証することに成功した。さらに、RITSは230種類の全結晶構造パターンを取り扱うことができなかったうえに、多相解析も行えなかったため、その改良を行っている。本会議では、より開発の進んだブラッグエッジイメージングの現状について報告する。

口頭

パルス中性子を用いた共鳴吸収ラジオグラフィに適した元素

甲斐 哲也; 前川 藤夫; 加美山 隆*; 瀬川 麻里子; 大井 元貴; 原田 正英; 篠原 武尚; 佐藤 博隆*; 鬼柳 善明*

no journal, , 

パルス中性子を用いるイメージング装置「物質情報3次元可視化装置」が世界に先駆けてMLFのBL22に建設中である。本装置で実現される新たなイメージング手法のうち、核種に固有な中性子エネルギーにおいて断面積が急激に大きくなることを利用し、元素の同定と定量化を行う手法である共鳴吸収ラジオグラフィについて報告を行う。共鳴吸収ラジオグラフィは、北海道大学のパルス中性子源HUNSやMLFの中性子源特性試験装置NOBORU(BL10)でテスト実験が進められており、ナトリウム,マンガン,コバルト,銅,亜鉛,モリブデン,銀,カドミウム,インジウム,タンタル,金について共鳴吸収ラジオグラフィが可能であることが示された。この他の元素について、代表となる共鳴ピークを選択し、そのピーク断面積,幅及びエネルギーをもとに、共鳴吸収ラジオグラフィの適応性を評価した。評価結果は、パルス中性子イメージングの専用装置の利用分野のさらなる拡大を図るうえで、有用な情報となる。

口頭

J-PARC MLFに建設する新しいパルス中性子イメージング装置「物質情報3次元可視化装置」の概要と現状

篠原 武尚; 甲斐 哲也; 瀬川 麻里子; 大井 元貴; 及川 健一; 原田 正英; 中谷 健; 酒井 健二; 飯倉 寛; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

現在、われわれは世界初のパルス中性子イメージング専用ビームライン「物質情報3次元可視化装置」をJ-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)に建設すべく設計を進めている。本装置は共用促進法に基づいて建設される共用装置の一つであり、平成24年度に予算化され、3か年をかけてMLFのBL22に建設される。この装置には2つの特徴がある。一つは、パルス中性子の特徴を活かした高効率かつ高精度の本格的なエネルギー分析型中性子イメージングが可能となることである。これにより、観測対象内部の形状のみならず構成核種や結晶組織、磁場等の物理的な情報を定量的に解析し画像化することができる。もう一つは、国内の既存の中性子ラジオグラフィ装置と比較して高いL/D比を実現し、世界最高レベルの高精細なラジオグラフィ像が取得可能となることである。発表では、本装置の概要とデザイン、機器開発の現状と、期待される応用研究について報告する。

口頭

Present status of a new pulsed neutron imaging instrument at J-PARC

瀬川 麻里子; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 飯倉 寛; 大井 元貴; 及川 健一; 原田 正英; 酒井 健二; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

We are now constructing a pulsed imaging instrument at beam line 22 in MLF (Materials and Life Science Experimental Facility) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). This is the world first instrument dedicated to the pulsed neutron imaging, which enable us to make two dimensional image of the crystalline structure and nuclide composition and magnetic fields using the features of the pulsed neutron. This instrument also has capability to give the high-resolution images using a higher L/D option compared with other facilities in Japan. In this presentation, we introduce the current status of the instrument development and the prospective practical researches.

口頭

Progress of constructing energy-resolved neutron imaging system at J-PARC MLF

篠原 武尚; 及川 健一; 瀬川 麻里子; 飯倉 寛; 原田 正英; 中谷 健; 大井 元貴; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*; 横田 秀夫*; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設では、エネルギー分解型中性子イメージング装置(ERNIS)の建設を2012年に開始した。ビームライン遮蔽、新規のビームシャッター、T0チョッパーを除く遮蔽体内機器、試料ステージ、検出器ステージは2013年度内に設置された。2014年の11月に最初のビームを出すことを予定しており、ビーム調整試験の後、2015年に共用運転を開始する。発表では、建設の進捗について紹介し、ERNISの特長について議論する。

口頭

中性子エネルギー分解型イメージング装置建設の状況

甲斐 哲也; 篠原 武尚; 及川 健一; 瀬川 麻里子; 飯倉 寛; 原田 正英; 中谷 健; 大井 元貴; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設では、エネルギー分解型中性子イメージング装置(RADEN)の建設を2012年に開始した。ビームライン遮蔽、新規のビームシャッター、T0チョッパーを除く遮蔽体内機器、試料ステージ、検出器ステージは2013年度内に設置された。2014年の11月に最初のビームを出すことを予定しており、ビーム調整試験の後、2015年に共用運転を開始する。発表では、装置の特色について紹介し、利用分野の拡大を図る。

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